ymzhao的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/ymzhao

博文

原子核科学的群英谱(1): 为原子核科学奠基的大先生贝克勒尔

已有 2551 次阅读 2022-6-15 14:59 |系统分类:科普集锦

        

十九世纪末二十世纪初是物理学进入迅猛发展新时代的序曲,除了人们津津乐道的开尔文那个“在热和光动力理论上空十九世纪的乌云”著名演讲[即通常所说的“二朵乌云”]所指引的重大问题以外, 人类还吹响了向微观领域世界大进军的号角。在这个大军中有很多学者后来成为物理学乃至整个科学界的世界级领军人才。

 

我们关于原子核科学的“群英谱”从安东尼·亨利·贝克勒尔(Antoine Henri Becquerel)说起。贝克勒尔生于1852年生于巴黎 [1908年病逝],可谓是出身于“科学世家”。他的爷爷安东尼·塞瑟·贝克勒尔是一位著名学者,发明了电解法从矿物提取金属;他的父亲亚历山大·爱德蒙·贝克勒尔是物理学家,研究太阳辐射和荧光;他的儿子也是一位物理学家,因此可以说他是一辈子生活在科学研究氛围浓厚的家庭环境中。这位安东尼·亨利·贝克勒尔先生早年干过光学、研究过地磁场,当然后来被人们深刻记住的是他在放射性方面的开创性工作。

 

贝克勒尔对于放射性的工作其实是非常偶然的,甚至可以说是一种冥冥之中的奇遇。根据记载,伦琴 (Wilhelm Conrad Röntgen, 德国学者,生于1845年、1923年去世用他夫人的手做的著名照片是18951225日、提交报告是1228日、公开报告是1896123[据说伦琴一生仅做过这么一次公开报告会]。这在当时是科学上一个非常轰动的大事件。而在1896年初,法国著名学者彭加勒(Henri Poincaré , 数学家、理论物理学家、工程师、哲学家收到伦琴关于X射线的通信 [因此即使在那个通讯不便的年代,重大科学进展的信息传播速度其实也是很快的后,在法国科学院做了相关报告,当时贝克勒尔刚好在场并对这个问题发生兴趣,他问彭加勒这种X光是怎样产生的,彭加勒说这个X光可能与荧光也许具有相似的机制,于是建议贝克勒尔看看荧光物质是否有X射线,即产生一种能穿透厚纸的射线使得照相底片曝光。为什么彭加勒要这么说呢?因为伦琴实验中X射线产生的地方是被阴极射线打中之处,而这部分玻璃管似乎有荧光现象。

                                                            

贝克勒尔的博士论文与荧光有关,因此他干起这种活经验十足。他用各种荧光物质去做实验,没有找到那种光的痕迹 [注意:他没有找到!];刚好他的父亲那里有一些双氧铀硫酸钾复盐,在当年2月份他用铀盐的荧光做这个实验,发现了类似那种未知射线所导致的现象 --- 单独把厚纸密封起来照相底片放在太阳底下晒,照相底片没有曝光;铀盐靠近厚纸密封起来照相底片,把二者放在太阳底下再晒,照相底片曝光。他反复在不同条件下做这个实验,认真排查了其它导致底片曝光的可能性(比如热或未知的其它可能化学反应等)。就像伦琴在实验中用他夫人手掌成像一样,贝克勒尔在黑纸和铀盐之间放上钱币后,他发现照相底片上出现了钱币形象。为此他在224日做了一个报告,说他的实验结果符合彭加勒的预期说法。假如贝克勒尔的说法是正确的,那么这个结果潜在的重要意义就在于[某种]荧光物质就能够产生X射线,人们也就可能再也用不着当时那种复杂电源和放电管来产生X射线了。

 

按理说,贝克勒尔此时应该稍微放松一下了,反正铀盐这种荧光物质让底片曝光的实验是可以重复的了。偏偏这个时候,一个天上的助攻来了,就是法国那时巴黎天气刚好不好,他的铀盐和包着厚纸的底片不能晒太阳了,他就把铀盐和底片放在一个抽屉内几天时间[据说是来自于突发的灵感]后仍然去洗照片,“意外”发现底片曝光十分明显,反复检查现场后认定这个曝光事件不是荧光的结果。也就是说,荧光产生X光的假定不正确,而且这种射线不是外来的,而是铀盐自身发出的射线。他在518日的报告中说:铀辐射是自发现象,只要有铀元素,就有这种辐射。后来他还通过实验证明,这种射线不是X射线,因为在电磁场中会偏转。换句话说:贝克勒尔发现的射线是不同于X射线的新型射线。这种现象后来被居里夫人称为放射性。

 

后来的故事是我们从许多教科书上可以读到的:居里夫妇18987月在贝克勒尔的基础上从沥青中发现了钋,其放射性比铀元素大了400 多倍,同年12月发现了镭,其放射性比铀大了百万倍;1902年居里夫妇提取了微量的氯化镭,测出镭的原子量。关于居里夫妇和居里夫人的轶事有不少书和文章,许多读者比我知道得多,不再赘述。总之一句话,居里夫人是女性科学家中的代表人物或一种图腾符号,后来杰出的女性物理学工作者往往被称为某国的居里夫人,如出生在江苏太仓的吴健雄先生被誉为“来自东方的居里夫人”。因为对于放射性现象的研究,贝克勒尔与居里夫妇获得1903年诺贝尔物理奖,居里夫人还因为镭钋二种元素的发现、镭的提纯等而独自获得了诺贝尔化学奖。

 

贝克勒尔这个重大发现确实有一定的机缘巧合 [一个数学家兼理论物理学家来做实验物理方面的友情报告,然后报告人建议一个实验物理学家做什么实验,这件事现在是不多见的事情。我们现在不评论彭加勒的说法是否正确,不过拐弯抹角地,反正这件事促成了放射性的发现;包括其它巧合更是奇缘所致,如他家里刚好有铀盐、他刚好遇到糟糕天气、他刚好不小心或者有意把铀盐底片放在一起、刚好又下意识地洗了照片],可是历史上哪一个英雄人物事迹不是因缘际会而叱咤风云的呢?我们不能哀叹自己的不幸,徒然羡慕他人的幸运。人生幸运机遇本来不多,而幸运真来了,要准备好要接得住才有意义。

 

毫无疑问,贝克勒尔发现铀元素天然放射性现象是划时代的重大发现,是原子核科学的奠基石,这些工作重大意义在于这些工作是人类历史上第一次通过实验研究真正触及原子核现象。所以把贝克勒尔和居里夫妇放在这个“群英谱”的最前面应该是适当的。

 

后记:   前天我在科学网贴出这个系列的序言后,收到许多同行朋友的鼓励和建议。有人提出列一个原子核科学的师生传承“族谱”。核科学非常大,这个族谱太复杂了,这对于一个核物理业余科普工作者的业余时间就勉为其难了。

 

不过,我想利用这个机会拐着弯儿地把自己和原子核科学的奠基者之一居里夫人联系起来,让自己沾一点儿来自居里夫人的荣耀。居里夫人有一位中国博士研究生施士元先生(生于1908年,1933年获得博士学位后回国任中央大学物理学主任,2007年在南京去世),我的硕士导师兰州所顾金南老师是施先生的研究生,而我在南京大学读博士时的指导教师陈金全老师和王凡老师也都算是施先生的学生[王凡老师是施先生的正式研究生,不过时间比较短],因此我的整个研究生教育其实是围绕着居里夫人中国弟子的弟子们转圈的,我和居里夫人之间仅隔了二代学者,由此我甚至可以称呼吴健雄先生为“师姑”了[本人在1996年曾获得吴健雄袁家骝奖],如此等等,我也算是苗正根红的吧。

 




https://wap.sciencenet.cn/blog-3404169-1343100.html

上一篇:核科学群英谱
下一篇:核科学群英谱(2):原子核物理学之父卢瑟福
收藏 IP: 111.186.52.*| 热度|

6 陆泽橼 王安良 王涛 葛素红 史晓雷 晏成和

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2022-8-12 14:06

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部